過氧化物酶體增殖物激活受體參與特應性皮炎的研究進展

何爽,邱彩雄,陳偉雄,李康良,伍冠一

過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptors,PPAR)是一種轉錄因子,在調節(jié)脂質、葡萄糖、氨基酸代謝、細胞增殖和炎癥反應的過程中發(fā)揮著重要作用。特應性皮炎作為一種慢性皮膚疾病,以炎癥反應、表皮破壞和持續(xù)性瘙癢為主要特征。本文就過氧化物酶體增殖物激活受體參與調節(jié)特應性皮炎發(fā)病與進展的機制展開綜述。

1 過氧化物酶體增殖物激活受體概述

過氧化物酶體增殖物激活受體是核激素受體,也是配體激活的轉錄因子。其三種不同的亞型PPARα、PPARβ/δ和PPARγ由不同基因編碼,表現(xiàn)出不同的組織分布、功能和配體特異性。但在細胞增殖和炎癥反應的調節(jié)中,它們都起到關鍵作用［1］。PPAR激活后可與特定的過氧化物酶體增殖物反應元件(peroxisome proliferator response element,PPRE)結合,通過基因表達調節(jié)脂質、葡萄糖、氨基酸代謝,以及細胞的增殖、分化和凋亡［2］。在皮膚炎癥中,激活PPAR能夠抑制炎癥細胞因子的表達,改善表皮結構和功能［3］。參與特應性皮炎調節(jié)的主要是PPARα和PPARγ兩種亞型。

1.1PPAR的基因和結構 人類PPARα、PPARβ、PPARγ的基因分別位于22、6和3號染色體上,依次含有468、441和479個氨基酸殘基。三種亞型的結構有60%～80%同源性,包含6個區(qū)域(A-F),4個功能結構域:N端的A/B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)與C端的E/F區(qū)［4］。

A/B區(qū)是不依賴配體的活性區(qū),各亞型在該區(qū)的結構差異較大,位于該區(qū)的絲氨酸殘基磷酸化后可抑制受體活性,磷酸化的PPARα則調節(jié)受體-配體親和力;C區(qū)約70個氨基酸序列構成了DNA結合結構域(DNA binding domain, DBD),可與目標基因上的PPRE發(fā)生結合;DBD在D區(qū)與配體結合區(qū)即E/F區(qū)相連,該區(qū)的氨基酸序列使各亞型對不同的配體產生親和力,從而激活基因的順序表達［5］。

1.2PPAR的配體及其作用 PPAR存在體內外配體,參與多種功能,見表1。

2 過氧化物酶體增殖物激活受體調控多種信號通路

炎癥反應是特應性皮炎的基本特征,其發(fā)生發(fā)展常激活NF-κB、MAPK、JAK/STAT三條信號轉導途徑。細胞因子通過信號通路調控基因表達,參與炎癥反應,而PPAR與三條通路之間也存在復雜的相互作用。

2.1NF-κB信號通路 NF-κB (nuclear factor-kappa B)是調控轉錄多種炎性因子表達的信號通路,PPARγ/NF-κB p65在特應性皮炎(atopic dermatitis,AD)的發(fā)病中扮演了重要角色,與AD的嚴重程度密切相關。當受到氧化應激等因素刺激時,NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)磷酸化并降解,活化NF-κB,啟動炎癥因子的轉錄表達。PPARγ/NF-κB信號途徑是調控炎癥的重要靶點,活化后的PPARγ可通過調控NF-κB等轉錄因子的活性,間接抑制炎癥反應［7］。

Jung等［6］發(fā)現(xiàn),PPARα激動劑異澤蘭黃素能夠影響IκB的磷酸化過程,抑制TNF-α誘導的NF-κB激活,而后進一步調節(jié)MMP-2/-9的表達,抑制NF-κB核轉位。Yao等［9］使用PPARγ/激動劑羅格列酮處理經卵清蛋白誘導的過敏模型小鼠,發(fā)現(xiàn)其體內p65蛋白表達受到抑制,PAK1和pPAK1水平下降,并依此確定了PPARγ-NF-κB-pPAK1級聯(lián)反應,提出其可作為炎癥性和變態(tài)反應性疾病的治療靶點。

2.2MAPK信號通路 MAPK通路與細胞生長、分化以及炎癥的細胞病理過程密切相關,其亞族p38、ERK和JNK均參與了炎癥過程,并調控炎癥因子和趨化因子的表達。Gorowska-Wojtowicz等［10］發(fā)現(xiàn),給予PPARα拮抗劑GW6471處理小鼠睪丸后,ERK1/2表達的下調;Zhang等［11］則指出,PPARγ可有效抑制MAPK信號通路磷酸化水平,間接調控炎癥因子。PPARγ也可減少肺炎、結腸炎中MAPK蛋白的表達［12］。目前研究表明,在一些炎癥和腫瘤疾病中,PPAR對MAPK蛋白明確存在抑制作用,但皮膚領域的相關研究較少。在AD的進展中,PPAR能否對MAPK通路及其下游分子產生直接作用,其分子機制值得深入探索。

2.3JAK/STAT信號通路 JAK/STAT是由酪氨酸激酶相關受體、酪氨酸激酶JAK和轉錄因子STAT組成的信號通路,參與免疫調節(jié)與細胞的增殖、分化和凋亡。當JAK2磷酸化后,JAK/STAT信號通路和JAK1相繼被激活,STAT蛋白與受體結合,并被JAK1磷酸化。PPARγ/RXRα異二聚體競爭性結合協(xié)同活化因子,可導致與STAT1結合的因子減少,STAT1的活化被抑制,從而阻斷了STAT相關促炎因子如IL-6、IL-1、TNF-α等的生成［13］。PPARγ激動劑可通過抑制星形膠質細胞和小膠質細胞中STAT1、JAK1、JAK2和JAK3的磷酸化,減輕腦內的炎癥［14］;PARγ激動劑15d-PGJ2已明確能夠抑制STAT1、STAT3磷酸化,減輕炎癥反應［15］。以上研究表明,PPARγ對JAK/STAT通路存在負向調控作用,可通過該信號通路發(fā)揮抗炎效應。

3 過氧化物酶體增殖物激活受體與特應性皮炎

AD是一種慢性皮膚疾病,以表皮屏障破壞、炎癥、免疫球蛋白E(IgE)介導的過敏原致敏和持續(xù)性瘙癢為特征。炎性細胞因子抑制表皮上神經酰胺的產生,是導致AD患者皮膚屏障功能障礙的主要原因［16］?，F(xiàn)有可用于治療AD的藥物局限于局部糖皮質激素和鈣調神經磷酸酶抑制劑兩大類,其療效有限,且長期應用可引起多種嚴重不良反應。目前,PPAR激動劑已被證實可通過抑制炎癥因子釋放,復原皮膚屏障相關結構蛋白等方式緩解皮膚炎癥,但其在AD中的應用尚未深入研究。

3.1PPAR在AD不同進展階段存在表達差異 PPAR的水平在AD不同時期的進展可能發(fā)生改變。檢測AD患者皮膚組織中PPARγ蛋白,發(fā)現(xiàn)非皮損部位PPARγ表達較低,而皮損處表皮、真皮PPARγ高表達［16］。由于直接受到炎性細胞因子如IL-4、IL-13、IFN-γ等的調控,異構體PPARγ1在單核細胞和CD4+T細胞中的表達發(fā)生明顯上調;而PPARγ2則無明顯改變。黎志剛等［17］將中重度急性或亞急性期AD患者的皮損組織與其正常皮膚組織進行自身對照,發(fā)現(xiàn)皮損組PPARγ的陽性表達明顯下調。在人AD皮損和半抗原誘導的AD模型動物的表皮中,PPARα表達減少［18］。另有研究［19］表明,與PPARα和PPARγ相關的基因轉錄在AD進程中減慢了。綜上,PPAR在AD中的表達可能與不同亞型(α,β,γ)、檢測樣本(血清或是皮膚組織)、病程長短(急性或慢性),以及疾病的不同階段(AD進展的前中后期)有關。推測在AD前期由于PPAR參與免疫調節(jié),所以表達增多;而后期由于累積的炎性細胞因子的抑制作用,PPAR表達逐漸下降。PPAR在AD發(fā)生發(fā)展的全過程中如何產生變化,尚需進一步深究。

3.2PPAR改善AD癥狀 AD的主要臨床表現(xiàn)為反復發(fā)作的濕疹樣皮損和劇烈瘙癢［20］。黃酮類化合物異鼠李素可激發(fā)PPARα活性,修復皮膚屏障［21］;激活PPARα可增加胎鼠皮膚中β-半乳糖苷酶和類固醇硫酸酯酶的活性,減少經皮水分散失;PPARβ則加速通透性屏障功能的恢復［22］。PPARγ激動劑可使角質形成細胞終末分化標志物——絲聚蛋白和兜甲蛋白恢復正常水平［1］,維護表皮正常的屏障功能;吡格列酮通過PPARγ受體介導可抑制瘙癢［19］;在過度增殖和炎癥性皮膚病小鼠模型中,局部應用PPARγ激動劑羅格列酮還可抑制卵清蛋白誘導的過敏反應,降低了大鼠血清IgE和IgG1水平,還可減少表皮增生［9］。

3.3PPAR作用于AD的機制

3.3.1PPARα PPARα主要表達在表皮基底層,參與皮膚動態(tài)平衡的調整,如控制角質細胞增殖、分化,修復表皮屏障,提供抗炎活性等。Blunder等［16］發(fā)現(xiàn)PPARα在AD中發(fā)揮了抗炎作用,其作用在炎癥初始階段最為明顯。其激動劑能夠改善螨類抗原誘導的AD小鼠的真皮炎癥細胞浸潤,減緩血清IgE升高速度,抑制IL-4、IL-1β、IFN-γ和TNF-α的表達［23］。在刺激性和過敏性接觸性皮炎動物模型中應用PPARα激動劑,發(fā)現(xiàn)其具有受體介導的抗炎活性和抗增殖、促分化作用［18］。

3.3.2PPARβ/δ PPARβ/δ在表皮中表達,是角質細胞中最主要的PPAR亞型,影響角質細胞基因的表達和分化,調節(jié)皮膚炎癥反應,與AD密切相關［19,24］。在表皮細胞再生過程中,PPARβ對細胞遷移有重要作用［25］;皮膚創(chuàng)傷的早期,PPARβ可促進創(chuàng)傷皮膚邊緣產生足量有活力的角質形成細胞;后期修復階段,PPARβ則使創(chuàng)傷皮膚邊緣的角質形成細胞分化轉移,形成新的表皮,促進傷口愈合。

PPARβ通過激活磷酸肌醇3激酶(PI3K)、PKBα或Akt1通路誘導角化細胞凋亡,增強角化細胞的黏附和遷移,并可延緩TNF-α、IFN-γ等炎癥因子在損傷部位的聚集,促使正常細胞遠離炎癥因子發(fā)出的凋亡信號,促進表皮修復再生［24］。

3.3.3PPARγ PPARγ主要表達在表皮基底層,可介導角質形成細胞分化［3］。在許多慢性炎癥性疾病及自身免疫性疾病中,PPARγ都有負調控作用［11］。

PPARγ可直接中止上皮細胞促炎基因表達程序,緩解AD引發(fā)的過敏性炎癥［20］。在皮損部位,PPARγ抑制促炎因子的分泌,促進M2型巨噬細胞發(fā)育,增強Treg細胞積聚,參與Th1/Th2細胞分化,阻斷炎癥,發(fā)揮免疫調節(jié)功能(圖1)［26-27］。一項體外研究［25］表明,羅格列酮和15d-PGJ2均可抑制P物質誘導的組胺釋放,它們的抑制作用由PPARγ介導。有研究［19］發(fā)現(xiàn),在患者受損的皮膚組織上,NF-κB蛋白陽性表達高于健康受試者和患者自身的正常皮膚組織,但是PPARγ表達低于上述兩組,提示PPARγ水平的改變與NF-κB蛋白的表達呈負相關關系,PPARγ可能通過抑制NF-κB活性,緩解炎癥反應。

綜上所述,PPAR在AD的進展過程中可能通過誘導角化細胞凋亡、抑制促炎基因、炎癥因子的表達、阻斷NF-κB信號通路、減少組胺釋放等途徑緩解特應性皮炎癥狀,其中以PPARγ的作用較為突出。正向調節(jié)PPAR基因表達的化合物,或可更多地用于特應性皮炎的治療,開發(fā)成為新型抗炎藥。

4 小結與展望

近年來,隨著對PPAR研究的深入,PPAR激動劑已被提出用于AD的治療,但其廣泛應用仍受到肝毒性、光敏反應和心血管系統(tǒng)損害等不良反應的限制［28］。因此,尋找更多高效、低副作用的PPAR激動劑,可能成為未來治療AD的方向。除炎癥相關癥狀外,瘙癢也是AD的另一典型表現(xiàn)。AD患者往往對瘙癢過于敏感,易形成瘙癢-搔抓的惡性循環(huán),致使皮炎加重,遷延不愈［29］。臨床研究表明,成年和青少年AD患者慢性瘙癢的嚴重程度,與細胞因子IL-31水平密切相關［30］。目前有關IL-31與PPAR的研究較少,探究PPAR對這一細胞因子及其他炎癥相關信號通路的作用方式,找到PPAR作用的具體靶點,發(fā)掘高效的PPAR激動劑,或可為AD治療提供更多可行選擇。